Mini-Teilchenbeschleuniger für hochbrillante Röntgenstrahlen

30.10.2015
Foto: Teilchenbeschleuniger MuCLS

Seitenansicht der Laser Cavity auf dem optischen Tisch; © Klaus Achterhold/TUM

Seit einigen Jahren lassen sich hoch brillante Röntgenstrahlen mit Synchrotronquellen erzeugen. Diese sind aber bisher relativ groß und kostspielig. An der Technischen Universität München wurde heute das erste Mini-Synchrotron eingeweiht. Mit dem neuen Gerät sollen vor allem biomedizinische Fragestellungen zu Tumorerkrankungen, Osteoporose, Lungenerkrankungen und Arteriosklerose erforscht werden.

Wissenschaftler und Ärzte setzen Röntgenstrahlung auch 120 Jahre nach ihrer Entdeckung standardmäßig für diagnostische Zwecke ein. Deshalb ist es ein großes Ziel, die Strahlen qualitativ hochwertiger und damit die Diagnosen genauer zu machen. So könnten zum Beispiel auch Weichteile wie Gewebe besser abgebildet und schon kleinste Tumore erkannt werden. Ein Team der Technischen Universität München (TUM) unter der Leitung von Prof. Franz Pfeiffer, Lehrstuhl für Biomedizinische Physik, entwickelt deshalb schon seit Langem neue Röntgentechniken.

Seit 29. Oktober können die Wissenschaftler jetzt das weltweit erste Mini-Synchrotron für hoch brillante Röntgenstrahlung in ihrem Institut nutzen. Die "Munich Compact Light Source" (MuCLS) ist Teil des neuen "Center for Advanced Laser Applications" (CALA), einem Gemeinschaftsprojekt der TUM und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU).

Die Firma Lyncean Technologies aus Kalifornien, die dieses Mini-Synchrotron entwickelt hat, setzte dabei eine besondere Technik ein. Große Ringbeschleuniger erzeugen Röntgenstrahlen, indem energiereiche Elektronen durch Magnete abgelenkt werden. Die hohe Energie erhalten sie durch extreme Beschleunigung, wofür die großen Ringsysteme notwendig sind.

Das neue Synchrotron nutzt eine Technik, bei der Röntgenstrahlen entstehen, wenn Laserlicht auf schnelle Elektronen trifft – in einem Raumgebiet, das halb so dünn ist wie ein menschliches Haar. Der große Vorteil: hierfür können die Elektronen sehr viel langsamer sein. Deshalb können sie auch in einem kleinen Ringbeschleuniger von weniger als 5 Meter Umfang gespeichert werden, während dazu ein Synchrotron einen Umfang von fast tausend Metern benötigt.

"Früher mussten wir uns lange vorher bei den großen Synchrotron-Systemen anmelden, wenn wir ein Experiment machen wollten. Jetzt können wir mit einem eigenen Gerät in unseren Laboren arbeiten – das bringt uns in unseren Forschungsarbeiten sehr viel schneller voran", so Pfeiffer.

Das neue System hat neben der geringen Größe noch mehr Vorteile im Vergleich zu klassischen Röntgenröhren: die Röntgenstrahlen sind extrem hell und intensiv. Die Energie der Strahlen lässt sich sehr genau steuern, so dass sie zum Beispiel für unterschiedliche Gewebetypen einsetzbar sind. Zudem ermöglichen sie eine sehr viel bessere räumliche Auflösung, weil der Entstehungsort des Strahls durch die gezielte Kollision weniger diffus ist.

"Mit der brillanten Strahlung lassen sich einzelne Materialien besser unterscheiden wodurch wir in Zukunft schon sehr viel kleinere Tumore im Gewebe erkennen können. Unser Forschungsspektrum wird aber auch die Vermessung von Knocheneigenschaften bei Osteoporose oder die Bestimmung veränderter Lungenbläschengröße bei diversen Lungenkrankheiten umfassen", so Dr. Klaus Achterhold aus dem MuCLS-Team.

Die Wissenschaftler werden das Gerät erstmal vor allem für vorklinische Forschung verwenden, indem sie Gewebeproben von Patienten untersuchen. Außerdem kombinieren sie die neue Röntgenquelle mit anderen Systemen, wie dem Phasenkontrast. Die neuartige Röntgenphasenkontrast-Technik hat die Gruppe von Pfeiffer führend mitentwickelt und verfeinert.

MEDICA.de; Quelle: Technische Universität München

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